Acabamos de encontrar un rasgo secreto que puede ayudar a las secuoyas a sobrevivir al cambio climático

Las secuoyas costeras son árboles asombrosos que los científicos han estudiado durante generaciones. sabemos que son los árboles vivos más altos y han sobrevivido durante milenios, resistir el fuego y plagas.

Debido a que las secuoyas son longevas, grandes y resistentes a la descomposición, los bosques que dominan almacenan más masa sobre el suelo y, por lo tanto, presumiblemente más carbonoque cualquier otro ecosistema en la Tierra.

No obstante, mientras trabajaba en un estudio publicado recientementecompañeros de la Universidad de California, Davisy cal poli Humboldt y yo aprendió un secreto que había estado sentado justo debajo de nuestras narices.

Resulta que las secoyas tienen dos tipos de hojas que se ven diferentes y realizan tareas muy diferentes. Esta característica previamente desconocida ayuda a los árboles a adaptarse tanto a condiciones húmedas como secas, una habilidad que podría ser clave para su supervivencia en un clima cambiante.

suficiente agua

Dondequiera que crecen los árboles, tarde o temprano sus hojas se mojan. Para árboles en ambientes húmedos, esto puede ser un problema si las películas de agua cubrir sus estomas. Estos pequeños poros permiten que el dióxido de carbono entre en las hojas para que el árbol pueda combinarlo con agua para producir tejido vegetal a través de ellas. fotosíntesis.

Muchos árboles que son comunes en los bosques húmedos tienen hojas con adaptaciones que evitar que se formen estas películas de agua.

Por el contrario, los árboles que crecen en ambientes secos aprovechan los breves períodos de humedad de las hojas para tomar agua valiosa

directamente a través de la superficie de sus hojas, a través de estructuras especiales de hojase incluso a través de sus estomas.

Pero algunos árboles, incluidas las secuoyas costeras, viven en ambientes húmedos y secos con una intensa variación estacional.

Para árboles de hoja ancha como el Encina, que crece en climas mediterráneos con veranos secos e inviernos lluviosos, este desafío de humedad estacional es relativamente fácil de superar. Sus estomas están en la parte inferior protegida de sus hojas, lo que las mantiene libres de agua, mientras que las superficies superiores de las hojas absorben agua.

Pero las secuoyas son coníferas, o árboles que producen piñas, con delgado, plano como una aguja hojas, y necesitan una forma diferente de equilibrar los objetivos contrapuestos de repeler y absorber agua.

Sabíamos que queríamos explorar cómo las secoyas enfrentaban el desafío paradójico de la humedad de las hojas, cuánta agua podían absorber las secoyas y qué características de las hojas causaban diferencias en la capacidad de absorción de agua.

Lo que aprendimos fue una sorpresa total.

Grandes árboles con grandes secretos

Los científicos saben desde hace mucho tiempo acerca de las secoyas capacidad de absorber agua a través de sus hojas. Pero averiguar cuánta agua pueden absorber las secuoyas de esta manera, y cómo la capacidad de hacerlo puede variar de un tipo de clima a otro, es un verdadero desafío en esta especie.

Primero, una secuoya grande tiene más de 100 millones de hojas con una gran cantidad de superficie para la absorción de agua. Y estas hojas cambiar drásticamente la estructura con la altura, pasando de largo y plano a corto y punzante. Así que no pudimos hacer esto bien simplemente recogiendo hojas al nivel del suelo.

Para complicar aún más las cosas, la gravedad siempre empuja hacia abajo la gigantesca columna de agua que se eleva a través del tronco de una secoya. Como resultado, las hojas en la parte superior del árbol tener siempre menos agua disponible que los de abajo.

La sequedad inherente de la copa del árbol debería atraer el agua hacia la hoja más rápidamente que hacia las hojas ricas en agua en la parte inferior, al igual que una esponja seca recoge el agua más rápido que una húmeda.

Para obtener una imagen precisa de cómo absorbían el agua las secoyas, necesitábamos hojas de árboles en ambientes húmedos y secos, y desde varias alturas en esos árboles.

Para llevarlos a sus niveles de agua naturales basados ​​en la gravedad para el análisis, colocamos nuestras muestras de hojas en un cámara de niebla – en este caso, una hielera conectada a un humidificador de habitación – y midieron el aumento de peso con el tiempo para ver cuánta agua podían absorber.

Un rastro de pistas

Mientras separamos racimos de brotes de secoya para sumergirlos en la niebla, dividimos cada racimo en pedazos. Los racimos de brotes de secuoya se abren en abanico desde un núcleo leñoso y se segmentan en brotes individuales de varias edades, cada uno con su propio juego de hojas. Separamos brotes a lo largo el eje central leñoso de los brotes flexibles mucho más comunes en los bordes exteriores de cada grupo.

Rápidamente se hizo evidente que los brotes del eje central tenían hojas que podían absorber agua tres veces más rápido que las hojas periféricas. Cuando miramos dentro de las hojas con un microscopio, entendimos que eran dos tipos completamente diferentes.

Tampoco se ven iguales por fuera, pero esto fue tan inesperado que necesitábamos ver su estructura interna para convencernos realmente.

(Alana Chin/UC Davis)

Arriba: Las dos hojas diferentes de una secoya. La hoja periférica (izquierda) se enfoca en la fotosíntesis mientras que la hoja axial (derecha) se dedica a absorber agua.

Las hojas axiales estaban llenas de células de almacenamiento de agua, pero su floema (los tubos en las hojas que exportan azúcares fotosintéticos al árbol) parecía estar bloqueado e inútil. Si un árbol tiene hojas, la sabiduría convencional es que están ahí para la fotosíntesis, pero nos preguntamos si las hojas axiales tenían un propósito diferente.

Con algunas medidas adicionales, encontramos que las hojas axiales de las secoyas están especializadas para absorber agua. Las diferencias entre las superficies de las hojas axiales y periféricas, especialmente su cobertura de cera, causan las diferencias en sus tasas de absorción de agua.

A diferencia de las hojas axiales, las hojas periféricas de las secoyas tienen superficies cerosas con muchos estomas. Esto ayudó a explicar cómo fotosintetizar todo el año independientemente de la larga temporada de lluvias en gran parte de su hábitat actual.

Un análisis posterior mostró que las hojas axiales de las secuoyas representan solo alrededor del 5 por ciento del área total de las hojas de los árboles y apenas producen suficiente energía a través de la fotosíntesis para mantenerse. Pero aportan hasta el 30 por ciento de la capacidad total de absorción de agua de los árboles.

Juntos, estos dos tipos de hojas equilibran los requisitos en duelo de la fotosíntesis y la absorción de agua, lo que permite que las secuoyas prosperen tanto en hábitats húmedos como secos.

Uso a gran escala medidas del arbol y ecuaciones para estimar el área foliar de secoya, estimamos que estos gigantes sedientos pueden absorber hasta 105 libras (48 kilogramos) de agua en la primera hora de lluvia mojando sus hojas. Eso es equivalente a 101 pintas de cerveza.

La importancia de las secoyas

Comprender qué causa la variación en la capacidad de absorción de las hojas de secoya puede ayudarnos a medir las diferencias en la capacidad de absorción de agua entre árboles y entornos, ahora y en el futuro. En mi opinión, esta es la parte potencialmente más útil de nuestro estudio.

Las secoyas varían sus dos tipos de hojas para adaptarse a sus climas locales. En las selvas tropicales húmedas en la parte norte de su rango, sobre el condado de Mendocino, los árboles invierten menos hojas axiales que están especializadas para absorber agua.

Estas hojas se concentran en las copas inferiores de los árboles, dejando la fotosíntesis copas de los árboles de alto rendimiento libre para maximizar la producción de azúcar bajo el sol brillante.

En los bosques secos en los márgenes del sur de la gama de secoyas, los árboles tienen más hojas axiales en sus copas con estrés hídrico.

Esto les permite aprovechar mejor los eventos más breves de humedecimiento de las hojas, pero significa que fotosintetizan menos por área foliar que las secoyas en áreas más húmedas.

La capacidad de las secoyas para cambiar los tipos de hojas para adaptarse a las diferencias climáticas regionales puede ayudarlas a adaptarse al cambio climático en un California cada vez más seca.

Esa sería una buena noticia para la conservación de estos árboles épicos, y puede ser una característica prometedora para investigar mientras los científicos intentan relacionar los rasgos de tolerancia a la sequía a las diferencias regionales entre las poblaciones de secuoyas. La conversación

alana barbillaBecaria Postdoctoral en Ecología Vegetal, Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich.

Este artículo se vuelve a publicar de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original.

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